Исследователи использовали небольшую колонию кораллов Porites australiensis, собранную в водах у острова Сесоко в Мотобу, Окинава, Япония. Porites australiensis — это кораллы, строящие рифы, состоящие из сотен отдельных полипов, скрепленных вместе «скелетами» из карбоната кальция, которые они выделяют. Поскольку живые кораллы растут поверх скелетов своих мертвых предшественников, этот коралл уже давно используется в геохимических исследованиях морской среды прошлого. В этом исследовании исследователи использовали генетическое секвенирование следующего поколения для проведения транскриптомного анализа Porites australiensiscorals для морских биологических исследований.
В то время как секвенирование ДНК нацелено на весь геном живого организма, секвенирование транскриптома используется для идентификации генов, которые экспрессируются в различных популяциях клеток.Транскриптомный анализ кораллового холобионта Porites australiensis, проведенный Шинзато и его коллегами, позволил собрать более 70 000 генетических последовательностей различных организмов. Затем исследователи сравнили этот результат с расшифрованными геномными данными Acropora coral и Symbiodinium minutum, продемонстрированными OIST Marine Genomics Unit в 2011 и 2013 годах соответственно, и успешно определили генетическую информацию, исходящую от коралла-хозяина и его водоросли-симбионта Symbiodinum.В то время как растения, грибы и бактерии способны синтезировать все 20 аминокислот, обычно содержащихся в белках, животные не обладают способностью синтезировать одну или несколько из этих аминокислот или достаточное количество для удовлетворения своих метаболических потребностей.
Человек, например, может производить только 11 из 20 аминокислот, называемых незаменимыми аминокислотами, а остальные, называемые незаменимыми аминокислотами, должны поступать с пищей. Шинзато и его коллеги изучили пути биосинтеза аминокислот кораллового сообщества Porites australiensis и обнаружили, что коралл-хозяин и его водоросли-симбионты Symbiodinum способны синтезировать большинство незаменимых аминокислот. Что касается незаменимых аминокислот, то только водоросли Symbiodinum обеспечивали их кораллом-хозяином.
Впервые в мире исследователи смогли предложить молекулярные доказательства комплементарности в синтезе аминокислот в коралловом холобионте.«Симбиотические отношения между кораллом-хозяином и его симбионтами имеют решающее значение для выживания коралловых рифов. Без получения генетической информации всего кораллового сообщества невозможно понять молекулярный механизм, лежащий в основе коралла-хозяина», — говорит Шинзато. «Комплементарность в синтезе аминокислот между кораллом-хозяином и его симбионтом предсказывалась давно, но наше исследование впервые дает представление о взаимодействиях коралл-симбионт на генетическом уровне», — добавил Шинзато, подчеркнув важность этого исследования.Коралловые рифы, которые составляют лишь один процент площади всей планеты, содержат почти треть всех описанных морских видов.
Однако, несмотря на свое огромное экологическое и экономическое значение, коралловые рифы все чаще сталкиваются с рядом экологических угроз, включая закисление океана и повышение температуры морской воды. Когда коралловые симбионты покидают своего хозяина в процессе, называемом обесцвечиванием кораллов, взаимоотношения между домашним кораллом и его симбионтами нарушаются, что в конечном итоге приводит к гибели всего кораллового сообщества.
Понимание симбиотических отношений внутри любого кораллового холобионта углубляет наше понимание молекулярного механизма коралловых симбиозов и их реакции на стресс. Это исследование проложит путь к более глубокому пониманию симбиотических отношений между этими организмами и, таким образом, внесет вклад в сохранение коралловых рифов.